Міністерство освіти і науки України НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ОДЕСЬКА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ» Кафедра АСПСУ КУРСОВА РОБОТА по дисципліні «Технічні засоби автоматизації» Керівник, ст. пр. каф. АСПСУ, « » 2019 р. Автор, курсант 4го курсу ФА, групи 4402 « » 2019 р. 2019 ЗМІСТ Вступ………………………………………………………………………………… 3 Розділ I .Конструкція і принцип роботи синхронного генератора. 1.1 Загальні відомості про синхронний генератор………………………………..4 1.2 Сучасні синхронні генератори змінного струму…….......................................6 Розділ II .Автоматичні системи регулювання напруги генераторів. 2.1 Регулятор напруги УБК-М…………………………………………………….15 2.2 Самозбудження та автоматичне регулювання напруги синхронного генератора…………………………………………………………………………..16 2.3 Автоматичні системи регулювання напруги з теристорами………………..18 Розділ III .Правила регістру та вимоги до систем захисту генераторів……….20 Розділ IV .Дослідження динаміки АСР…………..................................................28 Список літератури ………………………………………………………………...30 2 ВСТУП Взаємодіючі в судновій енергетиці засоби автоматизації складні, а комплектуючі їх регулятори і контролюючі телефони можуть бути в умовах експлуатації частим виходам з ладу. В силу зв'язку з об'єктами регулювання (двигуни, котли, теплообмінники, і інші елементи СЕУ) нормальна робота автоматики повністю залежить від технічного стану основного обладнання суднової енергоустановки, підтримка якого в оптимальному режимі можливо тільки при здійсненні періодичних відновлювальних і ремонтних операцій. Ефективність експлуатації сучасного автоматизованого судна визначається якістю роботи об'єктів управління і засобів їх автоматизації, оскільки вони тісно взаємопов'язані. Сучасна тенденція застосування засобів автоматизації суднової енергетики має наступні напрямки: розробка та оснащення системами програмного управління елементів СЕУ; рішення задач контролю, реєстрації, діагностування технічного стану, захисту обладнання від аварій, боротьби за живучість; обчислення безпосередньо вимірюваних параметрів; екранний спосіб представлення інформації; оптимізація роботи СЕУ. При цьому використовуються мікропроцесорна техніка, кольорові відеомонітори, багатофункціональні кнопкові панелі управління. Засоби автоматизації в сучасному поданні містять великий комплекс взаємопов'язаних систем, що забезпечують: автоматичне керування і регулювання операціями і процесами; збір, обробку, систематизацію та реєстрацію інформації про параметричної і технологічному стані обладнання; захист обладнання від відмов, пошкоджень та аварій; логічне управління всіма експлуатаційними операціями з дотриманням заданої послідовності; підтримання на оптимальному режимі роботи всіх елементів енергоустановки; зменшення числа обслуговуючого персоналу при високій надійності функціонування. 3 Розділ I . Конструкція і принцип роботи синхронного генератора. 1.1 Загальні відомості про синхронний генератор. У синхронних машинах магнітне поле струмів якірної обмотки і ротор обертаються з однаковою швидкістю (синхронно). Синхронні машини оборотні, тобто вони можуть працювати як генератори і як двигуни. Однак найбільше поширення вони отримали як генератори змінного струму, які встановлюють на всіх сучасних електростанціях. Синхронний генератор має дві основні частини ротор і статор.Ротор (рухлива, обертається частина машини) утворює систему обертових електромагнітів, що живляться постійним струмом від зовнішнього джерела.Статор (нерухома частина машини) нічим не відрізняється від статора асинхронної машини. У його обмотці дією магнітного поля ротора наводиться ЕРС, що подається на зовнішню ланцюг генератора (в режимі двигуна на обмотку статора подається напруга мережі). Така конструкція генератора дозволяє усунути ковзаючі контакти в ланцюзі навантаження генератора (обмотка статора з'єднується з навантаженням безпосередньо) і надійно ізолювати робочу обмотку від корпусу машини, що має велике значення для сучасних генераторів, виготовлених на великі потужності при високих напругах. Основний магнітний потік синхронного генератора, створюваний обертовим ротором, збуджується від стороннього джерела-збудника, що представляє собою звичайний генератор постійного струму (потужністю 0,5-10% від потужності генератора). Збудник встановлюється на загальному валу з генератором або з'єднується з валом генератора муфтою або ремінною передачею. Постійний струм від збудника проходить через обмотку ротора через два кільця і нерухомі щітки, встановлені на валу ротора.За своєю конструкцією ротори розрізняють явнополюсні (рис. 1, а) і неявнополюсні (рис. 1, б). Число пар полюсів ротора обумовлено швидкістю його обертання. При частоті генерується ЕРС 50 Гц неявнополюсного ротора швидкохідної машини-турбогенератора, що обертається зі швидкістю 3000 об / хв, має одну пару полюсів, тоді як явнополюсний ротор тихохідного гідрогенератора (швидкість обертання якого визначається висотою напору води), що обертається зі швидкістю від 50 до 750 об / хв, має число пар полюсів відповідно від 60 до 4.Малосилові синхронні генератори (до 100 кВт), як правило, мають самозбудження: обмотка збудження живиться випрямленою струмом того ж генератора (рис. 2). Ланцюг порушення утворюють трансформатори струму, що включаються в ланцюг навантаження генератора, напівпровідниковий випрямляч ПВ, що збирається, наприклад, за схемою трифазного моста, і обмотка збудження генератора ОВ з регулювальним реостатом R.Самозбуждення генератора відбувається наступним чином. У момент пуску генератора завдяки залишкової індукції в магнітній системі з'являються слабкі ЕРС і струми в робочій обмотці генератора. Це призводить до 4 появи ЕРС у вторинних обмотках трансформаторів ТТ і невеликого струму в ланцюзі збудження, що підсилює індукцію магнітного поля машини. ЕРС генератора зростає до тих пір, поки магнітна система машини повністю не збудиться. Рис. 1 5 Рис. 2 1.2 Сучасні синхронні генератори змінного струму. Сучасні синхронні генератори змінного струму, що використовуються в складі суднових дизель-електричних агрегатів пройшли шлях тривалої еволюції по конструкції і параметрам, технології виробництва і застосовуваних матеріалів і являють собою синтез інженерно-технічних рішень в цій галузі. Для більш повного розуміння стану справ за технічними рішеннями в області проектування і виготовлення генераторів, мабуть, доцільно • розглянути конструкцію і електросхему сучасного синхронного генератора постійного трифазного струму частотою 50/60 Гц, напругою приблизно 400 в; • ознайомитися з деякими типами генераторів, що випускаються провідними зарубіжними електротехнічними компаніями і фірмами. Перш за все розглянемо пристрій і роботу сучасного синхронного генератора змінного трифазного струму потужністю 200 кВт. напругою 400 В частотою струму 50 Гц. Його конструкція по виконанню, компонуванні і елементам, а також по принциповій електричній схемі генератора відповідає електрогенератора, що випускається низкою зарубіжних фірм спеціалізованого виробництва.Принципові електричні схеми окремих вузлів генератора наведені на рис. 3. П'ять схем разом являють собою принципову електричну схему синхронного генератора і можуть бути суміщені з відповідним клемним платам в загальну схему генератора.На рис. 3 показана електрична схема панелі управління. Поперечний розріз генератора наведено на рис. 4 6 Розглянемо конструкцію і роботу генератора наведеного на рис. 9.8. Виконання генератора бризкозахищене, з самовентиляцією, горизонтальне, з одним вільним кінцем валу. Генератор з'єднується з первинним двигуном через пружну муфту.Напрямок обертання генератора ліве або праве. Якщо дивитися з боку приводного двигуна; воно вказується стрілкою на підшипниковому щиті з боку вільного кінця вала.Станина 1 сталева зварна. Для виходу охолоджуючого повітря в станині є вікна, які закриваються жалюзями 2.Сердечник статора 3 набраний з ізольованих листів електротехнічної сталі, і закріплений від повороту і зсуву. Обмотка статора 4 з'єднана в зірку і має чотири висновки: три фазних і один нульовий, які підведені до планки затискачів 5 пристрою управління і регулювання. Обмотка катушечная, двошаровий. Введення зовнішніх силових кабелів передбачено через сальники, розташовані в станині. Ротор генератора явнополюсний, виконаний з полюсних сердечників 7 з котушками обмотками збудження 8 і демпферного обмоткою 9. Полюсні сердечники набрані з штампованих листів, спресованих в пакет за допомогою натискних шийок і заклепок. Котушки обмотки збудження 8 виготовлені з шинної міді гнутих на ребрі. 7 Нижче розглянемо роботу і пристрій системи збудження по принциповій електричній схемі. Збудження генератора забезпечується синхронним збудником GA і обертовим напівпровідникових перетворювачем UZ (див. Рис. 3). У чинному генераторі в нерухомі обмотки збудження збудника струм надходить від трансформаторів напруги TV1 і струму ТА 1-ТАЗ, випрямленний статичними VD1-VD6 і VD7VD10, VS1, VS2.В обмотці якоря збудника при його обертанні в електромагнітному полі наводиться трифазний змінний струм, який випрямляється обертовим перетворювачем і подається в обмотку збудження генератора. 8 Управління струмом збудження генератора здійснюється регулюванням струму збудження збудника по каналу напруги за допомогою зміни кута включення тиристорів VS1, VS2статіческого перетворювача. Інформація про величину навантаження, її фазовому вугіллі і напрузі на затискачах генератора надходить з трансформаторів струму ТА 1-Та4 і трансформаторів напруги TV1TV4. Підпитка збудника постійним струмом йде по двох каналах: напруги та струму. Кожен з каналів працює на свою обмотку збудження збудника, в індукторі якого намагнічуючі сили обох каналів підсумовуються.Початкове самозбудження генератора здійснюється по каналу напруги від залишкової напруги на висновках обмотки статора генератора. Необхідний рівень залишкового напруги забезпечується магнітним полем збудника при його обертанні за допомогою постійних магнітів, встановлених в полюсних сердечниках індуктора збудника.У початковому стані залишкову напругу генератора за рівнем недостатньо для спрацьовування реле KV1, обмотка якого підключена до висновків генератора. При цьому за допомогою нормально замкнутих контактів 41, 42 цього реле паралельно тиристорам VS1 і VS2 підключені шунтуючі їх діоди VD9і VD10. В результаті схема керованого статичного перетворювача стає повністю діодною, некерованою.Процес самозбудження генератора починається після перекладу тумблера SA1 «Порушення» в положення «Вкл.» (Замикається ланцюг харчування статичного перетворювача від трансформатора TV1) і наростає лавиноподібно до рівня напруги генератора. Система збудження і регулювання напруги (див. Рис. 5) включає в себе: - Синхронний збудник; - Перетворювач; - Силовий трансформатор напруги TV1; - бруківці статичний перетворювач на діодах VD7-VD10 і тиристорах VS1, VS2 канал напруги; - Силові трансформатори струму ТА 1 -ТАЗ і трифазний мостовий випрямляч на діодах VБ1 - VD6 - канал струму. Синхронний збудник, показаний на рис. 5 складається з якоря 15 і індуктора 25. Якір збудника 15 виконаний з сердечника, набраного з листів електротехнічної сталі і закріпленого на опорі. Індуктор 25 збудника включає в себе сердечник з листів електротехнічної сталі і дві обмотки збудження. Для самозбудження генератора в осерді індуктора встановлені постійні магніти. 9 Пристрій управління і регулювання (див. Рис. 5) складається з окремих функціональних пристроїв, які за призначенням поділяються на: Пристрій паралельної роботи (А1); Джерело живлення (А2); Пристрій формування імпульсів (АЗ); Регулятор збудження генератора (А4); Панель управління. Пристрої А1-А4 (відповідно рис. 7-9) розташовані в окремому металевому ящику зі знімними кришкою і передньою панеллю. 10 Пристрій паралельної роботи (блок А1, див. Рис. 6) призначене для забезпечення статизму зовнішніх характеристик по реактивному струму при паралельній роботі генератора. Воно являє собою фазочутливий випрямляч, виконаний на електронному ключі да2. Сигнал, пропорційний струму статора 1 (струм фази С) з трансформатора ТА 1 через потенціометр РР2 - «Уставка статизму», розташований поза блоком А1, надходить на вхід ключа да2, а сигнал, що збігається по фазі з напругою UVY генератора (лінійна напруга - UAB) подається через підсилювач-обмежувач ДА1 на управління ключем да2. Вихід останнього підключений до активного фільтру, виконаному на мікросхемі ДАЗ. Сигнал з виходу фільтра, пропорційний зсуву фаз між UVY і IW величиною / подається на вхід регулятора збудження - блок А4.У схему корекції входять операційний підсилювач ДА4, транзистори VT1, VT2 і реле КУ1. розташований в блоці А1 на компаратор ДА4 надходить: сигнал від регулятора на вхід 2, пропорційний напрузі генератора, і опорна напруга на вхід 3, що виставляється потенціометром Р PL. При номінальній напрузі генератора на виході компаратора ДА4 присутній позитивне напруга транзистори VT1 і VT2 відкриті і реле KV1 знаходиться під напругою, контакт реле KV1 знаходиться під напругою, контакт реле KV1,2 - в розімкнутому стані і генератор регулюється по астатической характеристиці.При зниженні напруги до величини 90% від номінальної і менш з часом затримки, що визначаються параметрами елементів R13, R14, С4 і уставкой потенціометра РР1, відбувається перемикання компаратора ДА4. При цьому на його виході з'являється негативна напруга. Транзистори VT1,2 закриваються і реле KV відключається. Контакт реле до 1,2 закорачивает конденсатор СП блоку регулятора і генератор регулюється по статичній характеристиці.Реле KV 1 включається при підвищенні напруги генератора до рівня 95% від номінального. Налаштування рівнів спрацьовування і відпускання здійснюється потенціометром R Р1 і підбором величини резистора R20. Тумблером SA1 перевіряється функціонування схеми коректора. Блок А2 (див. Рис. 7) являє собою джерело живлення для інших блоків пристрою керування збудженням генератора. Крім того, він забезпечує напругу сихронізацію для пристрою формування імпульсів управління (блок A3).Джерело живлення включає в себе наступні трансформатори напруги TV4 і TV3, встановлені поза блоком, і два мостових випрямляча з РС-фільтрами і стабілітронами для формування стабілізованого двополярного харчування (15 і 20 В). Блок А3 (див. Рис. 8) - це пристрій формування імпульсів управління тиристорами V1 і V2 статичного перетворювача, що забезпечує спрацьовування збудника по каналу напруги. Синхронізація імпульсів управління з напругою на тиристорах V1 і V2 статичного перетворювача гарантується двухполуперіодним 11 напругою, що знімається з випрямляча V1, VД2, VД5, VД6 джерела живлення блок (А2). Напруга синхронізації подається через резистор R1 і діоди VД1 і VД2 на вхід інвентора, виконаного на транзисторі VT1, який управляє генератором пилоподібного напруги, реалізованим на транзисторі VТ2 і елементах R5 і С1.Далі сигнал пилкоподібної форми надходить на один з входів компаратора ДА1; на інший його вхід приходить (з блоку А4) сигнал автоматичного 12 регулювання збудження. Коли пилоподібний сигнал досягне по амплітуді рівня сигналу регулювання, компаратор ДА1 спрацює і сигнал цього виходу через диференціюються ланцюжок С2 - R8 - R9 надійде на вхід імпульсного підсилювача, виконаного на транзисторах V73, VT4. Вихідні імпульси через трансформатор TV1 подаються на керуючі електроди тиристорів V1 і V2 статичного перетворювача.Автоматичний регулятор збудження - блок А4 (див. Рис. 8) - призначений для управління пристроєм формування імпульсів (блок A3) і забезпечує точність підтримки величини вихідної напруги генератора як в режимі холостого ходу, так і при зміна навантаження. Сигнал, пропорційний напрузі генератора, з трансформаторів TV2-TV4, включених на висновки генератора за схемою «трикутник-трикутник», надходить на трифазний мостовий випрямляч, виконаний на діодах VД1-VД6, і через фільтр R5, R6, С1, СЗ і дільник R9 , R10 - на вхід пропорційного підсилювача, реалізованого на мікросхемі ДА1. Сигнал з виходу цього підсилювача подається на інвертується вхід інтегруючого підсилювача, зібраного по мікросхемі да2.Крім того, сигнал, пропорційний напрузі генератора, з дільника R7, R8 надходить на вхід дифференцирующего підсилювача, виконаного на мікросхемі ДАЗ, і, далі, з його виходу подається на вхід пропорційного підсилювача, реалізованого на мікросхемі ДА4. Сигнали з виходів підсилювачів да2 і ДА4 підсумовуються з уставкой холостого ходу, що знімається з дільника R31, R32, за допомогою суматора, виконаного на резисторах R22- R23, R24-R25, R26-R27.Сигнал з суматора через повторювач, зібраний на мікросхемі ДА5, подається на управління пристроєм формування імпульсів (блок A3) уставки вихідної напруги генератора здійснюються сигналом. Знімається з потенціометра RР1, який подається на інвертується вхід підсилювача ДА1. Напруга на RP1 - «Уставка напруги» подається зі стабілізатора R2, VД7, С2. Точне регулювання вихідної напруги генератора в межах не менше ± 5% від номінального здійснюється виносним потенціометром RP1. Точність підтримки напруги регулюється за допомогою потенціометра RP2, який змінює коефіцієнт посилення інтегруючого підсилювача да2. При експлуатації генераторів можливі наступні випадки паралельної роботи: - з генератором даного типу; - з генераторами інших типів, які мають аналогічні системи збудження (регулювання напруги) по точності регулювання і швидкодії; - берегової мережею. Включення пристрою паралельної роботи здійснюється перекладом перемикача 5 А2 - «Статизм» в положення «ВКЛ», а регулювання величини статизму - потенціометром RP2 - «Уставка статизму».При цьому на вхід регулятора збудження буде подаватися сигнал, пропорційний геометричній сумі 13 напруги і струму генератора. Фазові відносини їх при цьому такі, що на вхід регулятора А4 подається додатковий сигнал, обумовлений зміною реактивної складової струму навантаження генератора, причому збільшення цього сигналу знижує напруга генератора, що виключає перевантаження генератора при паралельній роботі і забезпечує рівномірний розподіл реактивних навантажень. 14 Розділ II .Автоматичні системи регулювання напруги генераторів. 2.1 Регулятор напруги УБК-М. Під час роботи напруга синхронних генераторів залежить від струму навантаження, коефіцієнта потужності, частоти обертання і опору обмоток всіх елементів системи збудження. Зміна опору обмоток під час роботи системи збудження залежить від температури нагріву. Якщо фазові компоненти пристроїю автоматично регулюють напругу по впливу струму навантаження і коефіцієнта потужності, то для обліку інших факторів, що впливають на напругу генератора, додатково застосовуються коректори напруги. Автоматичний безконтактний регулятор напруги УБК-М підтримує постійну напругу синхронних генераторів в експлуатаційних режимах суднової електростанції.Він призначений для суднових синхронних генераторів з машинними збудниками, працює за принципом швидкодіючого керованого фазового компаундування з коректором напруги.Регулятор УБК-М (рис. 10) складається з трансформатора фазового компаундування Т1 і трансформатора струму Т2 з випрямлячем U2, призначених для подмагничивания підсилювача А і коректора напруги Т3, U3, U4. Трансформатор Т1 має дві первинні струмові обмотки L1 і L2, включені в дві фази генератора G2 (з відповідною геометричною різницею струмів в цих обмотках), і первинну обмотку напруги L3, яка живиться від лінійної напруги генератора через дросель L4 з регульованим повітряним зазором і резистор R3 . Вторинна обмотка трансформатора L5 через випрямляч U1 живить обмотку збудження збудника LG1. 15 Рис. 10. Принципова схема регулятора напруги УБК-М Коректор напруги складається з вимірювального трансформатора Т3 з контуром частотної компенсації і магнітного підсилювача А, що впливають на обмотку підмагнічування L6 трансформатора Т1.Струмом виходу трансформатора Т1 управляють, змінюючи його подмагничивание, яке залежить від струму обмотки управління L6. Наприклад, при збільшенні подмагничивания зменшується індуктивність обмотки трансформатора і збільшується струм виходу. Таким чином, трансформатор Т1 забезпечує кероване фазовий компаундує генератора, т. Е. При зростанні струму навантаження або зменшенні коефіцієнта потужності він збільшує збудження генератора. До переваг регуляторів УБК-М відноситься велика надійність завдяки відсутності у них рухомих механічних пристроїв і контактів. Регулятори мають високу чутливість і забезпечують стійку паралельну роботу генераторів, а також максимальне збудження при значних провалах напруги на шинах електростанції. 2.2 Самозбудження та автоматичне регулювання напруги синхронного генератора. Головна особливість системи автоматичних регуляторів напруги УБК-М, РНА-65, а також РУН - можливість застосування їх лише при наявності збудника, який істотно знижує надійність установки і швидкодія системи регулювання, значно збільшує масу і габаритні розміри.Синхронні генератори трифазного струму типів МСС, МСК, і ГСС мають статичну систему самозбудження автоматичного регулювання напруги. Вона працює за принципом фазового компаундування з застосуванням триобмоткового трехстержневого трансформатора, силових напівпровідникових випрямлячів (рис. 11). Основні елементи системи: G - синхронний генератор, VI-V6 - випрямлячі, С1 СЗ конденсатори, Т - трансформатор фазового компаундування, що має три обмотки: L1, включену послідовно в статорних обмотку генератора; L2, включену послідовно з конденсаторами на напругу генератора, і L3, що забезпечує харчуванням обмотку збудження генератора.Принцип самозбудження синхронних генераторів, так само як і генераторів постійного струму, заснований на використанні залишкового магнітного поля. Так як опір випрямлячів при малих токах набагато більше, ніж при номінальному, то для початкового збудження генератора необхідно, щоб е. д. з., що наводиться в обмотці, була досить великою. Це досягається включенням послідовно з обмоткою L2 конденсаторів С. Реактивні опори обмотки і конденсаторів підібрані таким чином, що при пуску генератора, коли частота струму в обмотці L2 досягне 80% номінальної, в 16 контурі настане резонанс напруг. Тому, незважаючи на те, що напруга, індуковані за рахунок залишкового поля, буде незначним, по обмотці L2 пройде великий струм. Внаслідок цього в обмотці L3 наводиться достатня е. д. з., і генератор самозбудитися. Рис. 11. Принципова схема самозбудження та автоматичного регулювання напруги синхронного генератора При роботі генератора е. д. з., индуцируемая в обмотці L3, а отже, і струм в обмотці збудження генератора залежать від результуючої сили, що намагнічує, створюваної обмотками L1 і L2. Ці обмотки розраховані і включені таким чином, що при збільшенні струму навантаження генераторів або при зниженні коефіцієнта потужності (соs ф) збільшуються результуюча сила, що намагнічує і е. д. з., що наводиться в обмотці L3. Внаслідок цього зростають струм збудження і напруга генератора. Для підвищення точності регулювання в подібні системи фазового компаундування вводять коректор напруги. Розглянута система дозволяє зменшити масу і габаритні розміри суднових дизель-генераторних установок, а також провали напруги в суднових електричних мережах.Системи самозбудження генераторів мають також пристрій, що забезпечує рівномірний розподіл навантажень при паралельній 17 роботі генераторів. Такі системи відрізняються великою швидкодією, що досягається винятком збудника з системи регулювання. 2.3 Автоматичні системи регулювання напруги з тиристорами. На нових суднах застосовуються автоматичні системи регулювання напруги з тиристорами. Застосовуються різні схемні рішення системи регулювання напруги з використанням тиристорів. Регулювання по відхиленню напруги генератора виконується шляхом порівняння регульованого і еталонного напруги з видачею управляючого сигналу на систему управління тиристором. Еталонне напруга встановлюється за допомогою стабілітронів. Структурна схема тиристорного регулятора напруги (рис. 12) має наступні елементи: ІБ вимірювальний блок; ФМ - формувач імпульсів; БП - блок живлення; Т трансформатор; V - тиристор управління. Вихідний сигнал вимірювального блоку перетворюється в сигнал управління тиристором з подальшим регулюванням струму обмотки збудження генератора. Рис. 12. Структурна схема тиристорного регулятора напруги 18 У суднових генераторах застосовується система амплітудно-фазового компаундування з тиристорним управлінням коректора напруги. Застосування тиристорної корекції напруги підвищує швидкодію і чутливість системи автоматичного регулювання напруги суднових генераторів. В даний час в суднових електростанціях встановлюють бесщеточние синхронні генератори типу ОС, а також типу S. Якщо в генераторах типів МСК, ГСС, МСС зі статичними системами автоматичного регулювання напруги регульований струм збудження подається в обмотку збудження полюсів обертового індуктора (ротора) за допомогою щіток ковзають контактів, то в безщіткових генераторах постійний струм в роторі створюється за рахунок індукованого струму в самому роторі. Принцип автоматичного регулювання напруги генераторів типу ОС, S показаний на рис. 13. За допомогою системи автоматичного регулювання напруги Арн в залежності від навантаження на генератор G1 регулюється постійний струм в обмотці LG1.2, встановленої на спеціальних полюсах статора. При обертанні ротора магнітний потік, створюваний обмоткою LG1.2, індукує в трифазній обмотці LG1.3 змінний струм. Випрямлений струм в роторі за допомогою випрямляча V створює обмоткою збудження LG1.1 основний магнітний потік синхронного генератора. Самозбудження генераторів типів ОС, S здійснюється аналогічно самовозбуждению генераторів типів МСК, МСС, ГСС з наявністю щіткового механізму передачі постійного струму збудження в обертову частину машини. Рис. 13.Принцип автоматичного регулювання напруги генераторів типу ОС, S . 19 Розділ III . Правила регістру та вимоги до систем захисту генераторів. 1. Загальні положення 1.1. При автоматизації дизель-генераторів повинні виконуватися вимоги цього стандарту і робочих креслень, затверджених в установленому порядку; при автоматизації суднових допоміжних дизель-генераторів повинні також виконуватися Правила Регістру СРСР або Річкового Регістру РРФСР. 1.2. Дизелі дизель-генераторів повинні відповідати ГОСТ 4393-74 і ГОСТ 10150-75. 1.3. Генератори дизель-генераторів повинні відповідати стандартам і технічним умовам на конкретні генератори. 1.4. Засоби автоматизації дизель-генераторів повинні відповідати ГОСТ 10511-72, ГОСТ 11102-75, ГОСТ 11928-66, ГОСТ 20820-75, ГОСТ 21193-75, ТОСТ 22464-77, а також стандартам і технічним умовам на конкретні засоби автоматизації. 1.5. Дизель-генератори повинні бути обладнані або підготовлені до обладнання засобами автоматизації. Перелік засобів автоматизації встановлюють в стандартах і технічних умовах на конкретні дизель-генератори. 2. ТЕХНІЧНІ ВИМОГИ 2.1. Дизель-генератори в залежності від обсягу автоматизованих і (або) автоматично виконуваних операцій і часу потребує постійного обслуговування роботи повинні відповідати ступеням автоматизації по ГОСТ 14228-80. 2.2. Вимоги до автоматизуються операцій 2.2.1. Передпускова прокачування мастила повинна забезпечувати наявність передпускового тиску в масляній магістралі. Значення передпускового тиску, місце і спосіб його контролю, а також тривалість прокачування встановлюються підприємством-виробником дизель-генераторів і вказуються в інструкції з експлуатації. 2.2.2. При пуску дизель-генератора електростартером має автоматично здійснюватися не менше трьох спроб пуску згідно з ГОСТ 10150-75. 2.2.3. При пуску стисненим повітрям його подача повинна обмежуватися часом по ГОСТ 10150-75 і однією спробою пуску. 2.2.4. При досягненні дизель-генератором частоти обертання, яка відповідає відбувся пуску, має здійснюватися вимикання електростартера або подачі 20 стисненого повітря. При нездійсненому пуску за встановлений час або число спроб повинен з'являтися аварійний сигнал 2.2.5. Готовність дизель-генератора до прийому навантаження до номінального значення має визначатися контролем (прямим або непрямим) виходу дизель-генератора на задану частоту обертання, а також контролем (за інструкцією по експлуатації на конкретні дизель-генератори) додаткових параметрів. 2.2.6. При екстреному пуску повинен допускатися прийом навантаження непрогрітим дизельгенератором. При цьому значення навантаження і режим її включення для певної температури мастила встановлюють в інструкції по експлуатації дизель-генератора. 2.2.7. На початку зупинки дизель-генератора повинна відключатися навантаження. Після відключення навантаження повинна здійснюватися робота дизель-генератора на холостому ходу протягом часу, обумовленого конструкцією дизеля, або до зниження температури охолоджувальної рідини або масла до значення, встановленого в інструкції по експлуатації дизельгенератора. 2.2.8. Зупинка дизель-генератора повинен здійснюватися відключенням подачі палива шляхом впливу безпосередньо на механізм управління топливоподачей або на регулятор частоти обертання. При відбувся зупинці повинна забезпечуватися готовність чергового пуску. 2.2.9. Для дизель-генераторів, автоматизованих по 2-4-й ступенями при нездійсненій зупинці за час, встановлений інструкцією по експлуатації, повинен здійснюватися зупинка за допомогою аварійного захисту, якщо він не забезпечується конструкцією дизельгенератора або не сталося за встановлений час. 2.2.10. Для дизель-генераторів потужністю понад 630 кВт після зупинки виключаючи аварійниу зупинку через падіння тиску масла повинно здійснюватися післязупиночне прокачування масла протягом часу, обумовленого конструкцією дизеля. 2.2.11. Підтримка дизель-генератора в готовності до швидкого прийому навантаження повинне здійснюватися або прогріванням мастила і при необхідності охолоджуючої рідини шляхом використання зовнішньої енергії, (електричної, тепла гарячої води працюють дизелів і т.д.), або шляхом періодичних або постійних прокачування масла і ( або) води, а також при необхідності прокручувань і (або) пусків дизель-генератора. Умови підтримки дизель-генератора в готовності до швидкого прийому навантаження, в тому числі тривалість періодичних режимів, повинні встановлюватися в стандартах і технічних умовах на конкретний дизель-генератор. 21 2.2.12. В період роботи дизель-генератора повинна здійснюватися автоматична аварійно-попереджувальна сигналізація і захист відповідно до ГОСТ 11928-66. 2.2.13. Виконавча сигналізація повинна інформувати про виконання поставлених автоматизуються операцій. Обсяг сигналізації, її вид, застосовується текстову інформацію встановлюють в інструкції по експлуатації системи управління. 2.3. Вимоги до експлуатаційних характеристик 2.3.1. Час від надходження (подання) сигналу на автоматичний або дистанційний автоматизований пуск до моменту готовності прийому навантаження до номінального значення для дизель генераторів. знаходяться в готовності до швидкого прийому навантаження, має бути не більше зазначеного в таблиці. Номінальна потужність дизель-генератора, кВт Час, с, не більше До 100 включень 10; 15 * Понад 100 до 500 включень 20; 30 * Понад 500 до 1000 включень 30; 45 * Понад 1000 40; 80 * * У розробках нових моделей дизельгенераторів не застосовувати. Примітки: 1. Для дизель-генераторів з електростартерним пуском час вказано при пуску з першої спроби. 2. Значення одноразового прийому (наброса) навантаження після пуску встановлюють в стандартах і технічних умовах на конкретний дизель-генератор. 2.3.2. Для дизель-генераторів, автоматизованих по 2-й і вищих ступенів і призначених для паралельної роботи, має забезпечуватися, автоматичний розподіл активних навантажень по класу точності не нижче 3-го по ГОСТ 1051172, а для суднових дизель-генераторів по ГОСТ 22246- 76. Розподіл реактивних навантажень повинно відповідати стандартам на генератори, а для суднових генераторів - Правилами Регістру. 2.3.3. При автоматизації дизель-генераторів повинна використовуватися двухпровідна схема живлення з електричним джерелом на номінальну напругу 24 (27) або 12 В постійного або випрямленого струму. Допускається застосування однопровідноЇ схеми харчування за винятком суднових дизельгенераторів. Допускається також застосування схем живлення з іншим джерелом: • електричним: o змінного струму напругою 127; 220; 380 В і частотою 50 Гц; o постійного струму напругою 75, 110, 220 В; • пневматичним; • гідравлічним; • комбінованим із зазначених видів. 2.3.4. Дизель-генератори повинні допускати ручне управління і (або) управління з місцевого дизельного щитка. На вимогу споживача має передбачатися дистанційне керування, а також підготовка дизель-генераторів до використання засобів дистанційного контролю (вимірювання). 2.3.5. При аварійній зупинці дизель-генератора черговий пуск його повинен бути можливий тільки після ручної деблокування схеми і (або) пристроїв захисту. 22 2.3.6. Засоби автоматизації в залежності від призначення дизель-генератора повинні надійно працювати в умовах, встановлених ГОСТ 10150-75, ГОСТ 13822-76, ГОСТ 21670- 76 і ГОСТ 22246-76. 2.3.7. Допустимий рівень радіоперешкод електрообладнання дизельгенераторів повинен відповідати «Загальносоюзним нормам допустимих індустріальних радіоперешкод» або рівню, погодженим із замовником. 2.4. Вимоги до надійності 2.4.1. Складові частини дизель-генераторів (дизель, генератор, система управління, прилади та пристрої) і блоки живлення на їх базі повинні мати показники надійності не нижче встановлених ГОСТ 10150-75, ГОСТ 11102-75, ГОСТ 20439-75. 2.4.2. На кошти автоматизації дизель-генераторів повинні задаватися показники надійності з урахуванням їх номенклатури по ГОСТ 4.52-79. 2.4.3. Імовірність безвідмовної роботи системи управління по функціонально самостійним операціям повинна бути не менше 0,95 за 2000 год або 0,9 за 5000 год. 2.4.4. Призначений ресурс системи управління до заводського ремонту повинен бути не менше 25000 ч. Напрацювання без підрегульовки і налагодження повинна бути не менше 5000 год. 2.4.5. Термін служби системи управління повинен бути дорівнює терміну служби дизельгенератора. 2.4.6. Ознакою відмови дизель-генератора є аварійний останов або порушення виконання операцій, встановлених цим стандартом. 2.4.7. Дизель-генератори, обладнані засобами автоматизації, повинні мати гарантійний термін експлуатації не нижче гарантійного терміну експлуатації дизеля по ГОСТ 10150-75. Вимоги до систем захисту генераторів. Для забезпечення надійної роботи суднової електростанції і безперебійного постачання електроенергією суднових споживачів необхідно правильно вибрати захист від пошкоджень і ненормальних режимів роботи елементів суднової електроенергетичної системи. У зв'язку з цим до захисту висувають такі основні вимоги: 23 1) селективність, або вибірковість, дії захисту, під якою розуміється відключення тільки пошкодженого елемента або ділянки системи; 2) швидкодію, що дозволяє підвищити динамічну стійкість генераторів суднової електростанції, скоротити час роботи приймачів електроенергії зі зниженою напругою і зменшити пошкодження, можливі при великих токах короткого замикання; 3) надійність, що передбачає постійну готовність захисту до дії; 4) чутливість до порушень нормальних умов роботи установки і здатність попереджати їх перехід в аварійний режим. Крім того, дуже важливою обставиною є достатня розривна здатність апаратів захисту при відключенні пошкодженої ділянки системи.Одним з основних елементів захисту є реле. Реле - це автоматично діючий апарат, що спрацьовує при досягненні певного значення величини, на зміну якій він реагує. У суднових електротехнічних установках застосовуються: - реле управління, призначені для автоматичного приведення в дію електричних систем; - реле захисту, службовці для захисту електричних систем від впливу на них параметрів ненормальних режимів роботи; - сигнальні реле, призначені для приведення в дію звукового або світлового сигналу. Крім призначення, реле поділяються по ряду інших ознак: - за принципом дії - на електромагнітні, електродинамічні, індукційні, електронні, теплові, митників, відцентрові, поплавкові і ін .; - по параметру, на зміну якого вони реагують, - на струмові, реле напруги, часу, швидкості, рівня, тиску та ін .; - за характером зміни фактора, що викликає спрацьовування, - на максимальні, мінімальні, диференціальні та реле напрямки; - за часом спрацьовування - на реле миттєвої дії і з витримкою часу. Робота кожного реле характеризується налаштуванням. Під налаштуванням розуміють значення величини спрацювання, на яку реле заздалегідь відрегульовано.Крім перерахованих видів реле в електротехнічних установках застосовують ще так звані проміжні реле, які використовуються для посилення потужності контактів первинного реле і передачі сигналу одночасно по 24 декількох паралельних напрямах (наприклад, на відключення, на світловий і звуковий сигнали). В процесі експлуатації генераторів суднової електростанції можливі наступні їх пошкодження і порушення нормальних режимів роботи: 1) перевантаження генераторів по току і потужності; 2) короткі замикання в мережі, яка живиться генератором; 3) короткі замикання в обмотках генераторів (внутрішні короткі замикання); 4) перехід генератора в руховий режим. У разі ненормального режиму роботи відключення генератора зазвичай проводиться універсальним генераторним автоматом селективного дії, який для цього має: - максимальні розеднувач, що відключають автомат при перевантаженні або короткому замиканні; - селективну прибудову, що забезпечує витримку часу відключення струмів короткого замикання; - відключає розеднувач, службовець для відключення спрацьовуванні інших видів захисту генератора. автомата при Для того щоб струми перевантажень і струми коротких замикань відключалися з різною витримкою часу, автомати серії AM забезпечуються двома механічними сповільнювачами розчеплення. У зв'язку з цим їх часструмовий характеристика має зону перевантажень з струмами відключення від 1,4 / ном до 3 / 1ЮМ і зону коротких замикань від 3 / ном і вище. У першій зоні характеристика є зворотньозалежну, і час спрацювання tCp на будівництвом сповільнювач розчеплення в автоматах серії AM при перевантаженнях може змінюватися від 3 до 15 с. У другій зоні характеристика незалежна, а час відключення коротких замикань ^ відкл Для тих же автоматів може встановлюватися 0,18, 0,38, 0,63 і 1,0 с.Таким чином, генераторний автомат не захищає генератор від перевантажень, величина яких менше 1,4 / 1ЮМ, а також від коротких замикань в генераторі і кабельної перемички між генератором і шинами ГРЩ, оскільки він сам встановлюється на ГРЩ. Короткі замикання в генераторі і кабельної перемички відключаються від мережі генераторним автоматом під дією струму, поточного до точки короткого замикання від інших паралельно працюючих генераторів. Для захисту самого генератора в цьому випадку передбачається так зване гашення поля генератора, яке може здійснюватися ДГП як вручну, за допомогою спеціального рубильника 25 гасіння поля, так і автоматично.Одна зі схем автоматичного гасіння поля синхронних генераторів працює так. Під час нормальної роботи генератора контакт К1 замкнутий, а контакт К2 розімкнути; згасаючий опір відключено. Спрацьовування автомата гасіння поля Л / 77 змінює стан контактів: спочатку контактом К2 обмотка збудження замикається на опір гасіння поля СГП, а потім контакт К1 відключає збудник від обмотки збудження. При включенні обмотки збудження генератора на опір гасіння поля відбувається швидке зниження е. д. з. до залишкової напруги, а отже, і зникнення струму короткого замикання в коротгозамкнутого ланцюга. Схема гасіння поля великих генераторів повинна включатися через блокконтакт генераторного автомата. Це забезпечить гасіння поля генератора при відключенні автомата під дією струму, поточного до точки короткого замикання в ньому від інших паралельно працюючих генераторів. Рис. 14. Час-струмовий характеристика універсальних селективних автоматів серії AM. 26 Рис. 15. Схема пристрою автоматичного гасіння поля синхронних генераторів. Якщо на електростанції встановлюється кілька генераторів і передбачається їх паралельна робота, то все генератори повинні мати захист від переходу в руховий режим, що може статися в разі припинення подачі палива (або пара) в первинний двигун або виходу з ладу муфти зчепл-ня генератора з первинним двигуном. При цьому в генераторі постійного струму зміниться напрямок струму, а в синхронному генераторі зміниться напрямок потужності. Споживання струму і потужності від інших працюючих генераторів викличе їх перевантаження і порушення в електропостачанні інших суднових споживачів. Тому генератор, який перейшов в режим двигуна, повинен бути негайно відключений від мережі. Для відключення генераторів постійного струму, які перейшли в режим двигуна, використовуються реле зворотного струму зазвичай електродинамічної системи типу ДТ (динамічне струмовий). Таке реле має струмовий котушку КТ і котушку напруги КН. У нормальному генераторному режимі обидві котушки створюють згідно діючі магнітні потоки, які і утримують контакт К в розімкнутому стані. При переході генератора в руховий режим змінюється напрямок струму в струмового котушці реле, її магнітний потік послаблює потік котушки напруги і контакт реле К замикається під дією пружини. Череззамкнутий контакт К отримує харчування котушка відключає розімкнувач генераторного автомата і відключає автомат. 27 Розділ IV. Дослідження динаміки АСР. Рис 16. Перехідні процеси по струму, напрузі, частоті і моменту генератора при Gn=0.200 28 Рис.17 Перехідні процеси по струму, напрузі, частоті і моменту генератора при Gn=0.309 Рис.18 Перехідні процеси по струму, напрузі, частоті і моменту генератора при Gn=0.42 29 Список літератури 1) ttps://enciklopediya-tehniki.ru/sinhronnyy-generator.html 2) https://www.electroengineer.ru/2014/10/synchronization-generator.html?m=1 3) https://www.electroengineer.ru/2014/10/parallel-operation-of-alternators.html 4) http://www.generator.biz.ua/article/obzory-i-statyi/full/34/ 30
